板層小體與相關(guān)皮膚病研究進(jìn)展

丁雨薇 喬建軍 方 紅

浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院皮膚科，浙江杭州，310003

板層小體(lamellar bodies，LB)，又名角質(zhì)小體、Odland小體、被膜顆?；虬鍖宇w粒，是一種橢圓形，內(nèi)部為層狀結(jié)構(gòu)的分泌性細(xì)胞器。1957年，Selby在電子顯微鏡下首次發(fā)現(xiàn)LB。LB存在于表皮、肺、羊水、口腔等部位。表皮內(nèi)LB形成于角質(zhì)形成細(xì)胞(keratinocyte，KC)分化過程中，位于棘層上部和顆粒層之間，參與形成皮膚屏障。隨著電子顯微鏡技術(shù)的不斷發(fā)展，LB的研究逐步加深。本文綜述LB的來源、合成與分泌調(diào)控、屏障功能以及其異常與相關(guān)皮膚病等方面的研究進(jìn)展。

1 LB

1.1 LB的來源 目前關(guān)于LB的來源尚不明確。有研究認(rèn)為LB從反面高爾基體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(trans-Golgi network，TGN)膜泡中釋放而來。證據(jù)如下：(1)聚焦離子束掃描電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，LB是由TGN衍生而成的管狀囊泡結(jié)構(gòu)，TGN、LB和最上層顆粒層細(xì)胞的細(xì)胞膜是相同的連續(xù)膜結(jié)構(gòu)[1]；(2)用聚焦離子束掃描電子顯微鏡觀察并重建LB的3D結(jié)構(gòu)顯示，LB在第二層顆粒層細(xì)胞內(nèi)由囊泡狀轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)狀，而且TGN在該層細(xì)胞的胞漿內(nèi)呈分支狀或管狀結(jié)構(gòu)和LB相連[2]；(3)LB和TGN上存在很多相同的生物標(biāo)記物，如ABAC12、葡萄糖基神經(jīng)酰胺轉(zhuǎn)移酶等。

也有學(xué)者提出LB是一種溶酶體相關(guān)細(xì)胞器(lysosome-related organelle, LRO)。通過蛋白質(zhì)組學(xué)比較LB和其他LRO，發(fā)現(xiàn)LB上60%的蛋白質(zhì)存在于其他LRO中[3]。此外研究發(fā)現(xiàn)LB可能通過細(xì)胞自噬形成。LRRK2(leucine-rich repeat kinase 2)是一種參與細(xì)胞自噬和溶酶體途徑的蛋白激酶，LRRK2基因敲除小鼠中LB體積顯著增大，脂類分泌減少[4]。LRRK2基因敲除后細(xì)胞自噬過程受損，導(dǎo)致LB成熟受限，與細(xì)胞膜融合減少。更有學(xué)者直接觀察到LB在自噬泡中聚集[5]。自噬是溶酶體依賴的物質(zhì)降解過程，因此LB可能與溶酶體存在相關(guān)。

1.2 LB合成與分泌的調(diào)控 LB合成、裝載和分泌的調(diào)控機(jī)制十分復(fù)雜，尚未完全闡明。高爾基pH調(diào)節(jié)器(Golgi pH regulator，GPHR)是高爾基體正常酸化所必需的陰離子通道，是調(diào)控LB合成的主要因素。 GPHR基因敲除小鼠表現(xiàn)為皮膚色素減退、脫毛和鱗屑增多，經(jīng)皮水分丟失(transepidermal waterloss, TEWL)增加；電鏡觀察顯示KC產(chǎn)生異常的LB[6]。此外，LB標(biāo)記物抗體TGN46和激肽釋放酶7以及組織殺菌素相關(guān)抗菌肽，在GPHR基因敲除小鼠皮膚中的表達(dá)均較野生型小鼠減少[6]。這些結(jié)果均表明，GPHR對表皮的穩(wěn)態(tài)包括LB的形成和屏障功能至關(guān)重要。

與魚鱗病相關(guān)的基因也會影響LB的合成、裝載和分泌，具體機(jī)制不明。ABCA12是一種通過LB轉(zhuǎn)運脂質(zhì)的跨膜脂質(zhì)轉(zhuǎn)運蛋白，因ABCA12基因突變導(dǎo)致的丑角樣魚鱗病(harlequin ichthyosis)表現(xiàn)為角質(zhì)層脂質(zhì)轉(zhuǎn)運障礙，影響LB內(nèi)葡萄糖基神經(jīng)酰胺聚集[7]。關(guān)節(jié)痙攣-腎功能損害-膽汁淤積綜合征(ARC綜合征)皮膚呈魚鱗病樣改變，引起該病的相關(guān)基因VPS33B和 VIPARV會影響LB裝載和分泌，在這兩個基因敲除小鼠表皮中，LB的裝載物密度降低，脂質(zhì)存儲減少，LB呈氣球樣形態(tài)，在表皮上分泌也更分散[8]。

參與囊泡轉(zhuǎn)運的蛋白質(zhì)基因Rab11a沉默會導(dǎo)致角質(zhì)層外脂質(zhì)減少，顆粒層內(nèi)LB密度降低，LB分泌區(qū)域減少，且LB內(nèi)裝載物異常使得LB通過溶酶體途徑被降解[9]。敲除參與微管束生成和連接固定的Ninein蛋白小鼠表皮中發(fā)現(xiàn)LB合成正常，但僅分泌少量且形態(tài)較小的LB[10]。

LB的分泌還受角質(zhì)層細(xì)胞外環(huán)境的影響。用-0.5 V電位處理離體的人皮膚標(biāo)本2小時后，發(fā)現(xiàn)與未處理皮膚對照相比，LB分泌加快，細(xì)胞外脂質(zhì)域更廣泛[11]，表明皮膚外負(fù)電位可以刺激皮膚LB分泌。皮膚局部應(yīng)用果糖或木糖醇后，最上層顆粒層LB分泌增加，促進(jìn)脂質(zhì)釋放，加快表皮滲透性屏障恢復(fù)[12]。

2 LB的功能

LB中裝載多種內(nèi)容物，主要包括蛋白質(zhì)如酶類、蛋白酶抑制劑、抗菌肽等，以及多種脂質(zhì)如葡萄糖基神經(jīng)酰胺、膽固醇、脂肪酸、磷脂等。這些豐富的內(nèi)容物使得LB在形成皮膚多種屏障中起了極其重要的作用。皮膚角質(zhì)層是由老化的角質(zhì)細(xì)胞和角化包膜(cornified envelopes)構(gòu)成“磚墻”結(jié)構(gòu)，LB通過分泌脂質(zhì)前體和脂質(zhì)加工酶到KC間隙，參與了角化包膜形成過程，提供了表皮滲透性屏障的物質(zhì)基礎(chǔ)[13]。LB分泌的酸性磷酸酯酶A2，可以將磷脂分解為甘油和游離脂肪酸，游離脂肪酸維持皮膚pH值在4.0～6.0，構(gòu)成正常皮膚酸性環(huán)境[14]。LB通過分泌激肽釋放酶5和激肽釋放酶7等蛋白酶及其抑制劑，參與調(diào)控脫屑過程[15]。此外，LB含有重要的抗菌肽，如人類β防御素-2和Cathelicidins(LL-37)，后者能趨化免疫細(xì)胞，使皮膚成為固有免疫的第一道防線[16]。

LB具有多態(tài)性。LB的形態(tài)隨外界環(huán)境刺激發(fā)生變化，其形態(tài)特征反映了LB的功能狀態(tài)。鳥類表皮上存在LB的同源物-多顆粒小體(multigranular bodies, MGBs)具有雙重調(diào)節(jié)屏障功能，形態(tài)可以根據(jù)外界環(huán)境刺激發(fā)生變化，達(dá)到保護(hù)機(jī)體的目的。研究發(fā)現(xiàn)在干旱缺水環(huán)境中，鳥類通過增加MGBs數(shù)量減少TEWL，當(dāng)環(huán)境濕度增加后，MGBs開始在原位退化成脂滴[17]。類似現(xiàn)象在實驗小鼠中也觀察到，將屏障修復(fù)功能受損的小鼠直接暴露于寒冷環(huán)境，其表皮在新生成的非層狀結(jié)構(gòu)的LB中穿插著層狀結(jié)構(gòu)的LB，一旦停止寒冷暴露，這種變化就會消失[18]。

3 LB異常與相關(guān)皮膚病

3.1 Refsum病 Refsum病，又稱遺傳性運動失調(diào)性多發(fā)性神經(jīng)炎，為一種罕見的常染色體隱性遺傳性疾病?；颊唧w內(nèi)因缺乏植烷酸α羥化酶導(dǎo)致植烷酸氧化障礙，體內(nèi)植烷酸大量積累引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)病變，皮膚呈魚鱗病表現(xiàn)，屏障功能受損。體內(nèi)積累的植烷酸主要聚集在LB和脂肪細(xì)胞內(nèi)。患者表皮內(nèi)LB密度正常，但呈扭曲狀，或為非層狀結(jié)構(gòu)。部分甚至完全缺乏層狀物質(zhì)，而呈現(xiàn)出均勻的電子致密物質(zhì)[19]。Refsum病患者表皮內(nèi)LB形態(tài)會隨著血液中植烷酸水平的變化而變化?；颊咴\斷為該病后均采用無植烷酸飲食療法，其血液中植烷酸水平較低，表皮內(nèi)LB呈現(xiàn)為“典型”的層狀結(jié)構(gòu)。但是，在某些特殊情況下，如患者出現(xiàn)體重減輕，儲存在脂肪細(xì)胞中的植烷酸被釋放到血液循環(huán)中，表皮內(nèi)LB顯示出溶酶體樣形態(tài)，角質(zhì)層細(xì)胞間脂質(zhì)內(nèi)出現(xiàn)非層狀物質(zhì)。據(jù)此，研究者推測Refsum病患者體內(nèi)累積的植烷酸很可能先貯存在表皮內(nèi)LB中，再以一種溶酶體樣的方式排泄到皮膚表面，從而排出體外。

3.2 Chanarin-Dorfman綜合征 Chanarin-Dorfman綜合征是一種中性脂質(zhì)貯存異常疾病，以魚鱗病、白細(xì)胞脂質(zhì)空泡、多臟器受累為特征，皮膚滲透屏障受損和角質(zhì)層完整性異常，其發(fā)病與脂質(zhì)水解酶CGI-58/ABHD5突變有關(guān)?；颊弑砥び写罅康漠惓B、細(xì)胞間層狀結(jié)構(gòu)紊亂和脂質(zhì)空泡。在Chanarin-Dorfman綜合征患者的表皮LB中存在一種脂質(zhì)微包裹體(lipid microinclusions)，這種脂質(zhì)微包裹體被LB分泌到角質(zhì)層細(xì)胞間隙形成一種非層狀結(jié)構(gòu)，據(jù)此推測該病患者可以通過LB將中性脂質(zhì)等有毒物質(zhì)排泄到表皮外[20]。

3.3 特應(yīng)性皮炎 特應(yīng)性皮炎患者皮膚存在脂質(zhì)缺乏，特別是表皮內(nèi)LB分泌的神經(jīng)酰胺和游離脂肪酸。有研究者在特應(yīng)性皮炎的動物模型上使用LB模仿系統(tǒng)(lamellar body mimetic system)，發(fā)現(xiàn)可以有效降低TEWL、表皮厚度以及淋巴細(xì)胞浸潤，減輕皮膚炎癥，修復(fù)皮膚屏障[21]。分子遺傳學(xué)研究表明特應(yīng)性皮炎是由角質(zhì)層結(jié)構(gòu)蛋白基因突變所致，最常見的是絲聚蛋白(filaggrin, FLG)，其余還有FATP4、TMEM79、SPINK5等[22]。這些突變會影響LB的裝載和分泌。FLG單個等位基因缺失會導(dǎo)致KC內(nèi)細(xì)胞骨架異常，進(jìn)而導(dǎo)致LB裝載異常，出現(xiàn)空泡狀LB，分泌功能受損，部分LB被潴留在細(xì)胞內(nèi)，在顆粒層細(xì)胞間出現(xiàn)非層狀物質(zhì)堆積。此外，F(xiàn)LG突變會導(dǎo)致多元羧酸減少，表皮pH上升，引起LB分泌后處理過程延遲。最終引起AD患者皮膚脂質(zhì)分泌受損，KC外雙層脂質(zhì)結(jié)構(gòu)紊亂，皮膚屏障功能受損。

3.4 其他疾病 銀屑病患者皮損處LB數(shù)量和神經(jīng)酰胺酶分泌較正常人顯著減少，且LB更多地呈現(xiàn)空泡或部分片狀形態(tài)，而非皮損處則以正常的層狀結(jié)構(gòu)為主[17]。其他如多形性日光疹[23]、激素依賴性皮炎[24]等伴皮膚屏障受損的皮膚病中均存在LB數(shù)量明顯減少，密度降低，排列紊亂，板層脂質(zhì)分泌減少。白癜風(fēng)皮損KC間隙增大，KC內(nèi)出現(xiàn)空泡和無形電子致密物，推測也可能與LB異常分泌有關(guān)[25]。

4 總結(jié)

綜上所述，LB是一種在皮膚多種屏障中起重要作用的分泌性細(xì)胞器，其合成和分泌的調(diào)控機(jī)制復(fù)雜，受基因及細(xì)胞外環(huán)境等因素影響。表皮內(nèi)LB異常使得皮膚屏障受損，是特應(yīng)性皮炎、魚鱗病綜合征等多種皮膚病的可能發(fā)病機(jī)制之一。對其進(jìn)行深入研究，可為皮膚屏障功能受損相關(guān)性皮膚病的發(fā)病機(jī)制提供新的線索。